基于89c51单片机的电动车里程表设计说明.doc

### 基于89c51单片机的电动车里程表设计说明 #### 一、课题背景与任务 **1.1 课题背景** 电动自行车作为一种便捷的交通工具，已经经历了超过两个世纪的发展历程。从最初的简单玩具到如今集休闲、健身于一体的多功能设备，电动自行车在不断地满足人们对出行方式的需求变化。随着人们生活水平的提高和健康意识的增强，电动自行车不仅成为了日常通勤的工具，也成为了一种流行的休闲活动。因此，用户对于电动自行车的功能需求也越来越高，希望它能够提供更多的便利性，如速度与里程显示、健康监测等。 **1.2 课题的主要任务与内容** 本课题旨在设计一款基于89c51单片机的电动自行车里程速度表。该设计的目标是实现一个体积小巧、操作简便的里程表，能够实时显示电动自行车的速度和里程信息。主要内容包括硬件设计（传感器选择、单片机选型、显示电路设计等）和软件设计（数据处理、显示控制等）。此外，还需要对设计进行系统调试和性能分析，确保其稳定可靠的工作状态。 #### 二、电动自行车的速度里程表总体方案设计 **2.1 任务分析与实现** 为了实现电动自行车速度与里程的准确测量，设计采用AT89C51单片机为核心控制器，配合霍尔传感器来检测车轮转速。通过单片机内置的定时/计数器功能，可以计算出每转一圈所需的时间和总脉冲数，进而得到当前的速度和累计里程。这些信息通过LED显示器直观显示给用户。 **2.2 电动自行车的速度里程表硬件方案设计** - **传感器的选择**：采用霍尔传感器作为转速检测元件，其原理是当磁铁靠近时，霍尔元件会产生电压信号，从而可以计算车轮的转速。 - **单片机的选择**：选用AT89C51单片机作为核心处理器，它具有丰富的I/O接口和内置的定时/计数器功能，非常适合此类应用。 - **显示电路设计**：采用LED数码管显示当前的速度和里程信息，通过单片机的控制实现信息的更新。 **2.3 电动自行车的速度里程表软件方案设计** 软件设计主要包括以下几个方面： - **初始化程序**：配置单片机的各项参数，如定时器模式、中断设置等。 - **定时中断采样子程序**：通过定时器中断，定期采集传感器的数据并进行处理。 - **显示子程序**：根据采集到的数据，更新LED数码管的显示内容。 #### 三、电动自行车的速度里程表硬件电路设计 **3.1 概述** 硬件电路设计主要围绕传感器、单片机以及外围电路展开。其中包括传感器的安装与连接、单片机的初始化以及相关的控制电路设计。 **3.2 传感器与其测量系统** - **霍尔传感器的测量原理**：霍尔传感器基于霍尔效应工作，当磁场穿过霍尔元件时，会产生与磁场强度成正比的电压信号。在这个项目中，霍尔传感器安装在车轮附近，每当车轮转动一次，就会触发一次霍尔效应，产生一个脉冲信号。 - **传感器的选择**：考虑到成本和可靠性等因素，本设计选择了开关型霍尔元件作为传感器。 - **测量系统设计**：传感器输出的脉冲信号通过单片机的外部中断口输入，每接收到一个脉冲就表示车轮转动了一圈。 **3.3 单片机的原理与应用** - **单片机原理简介**：单片机是一种集成电路芯片，它将微处理器、存储器、输入输出接口等功能集成在一起，形成一个微型计算机系统。AT89C51是一款经典的8位单片机，广泛应用于各种控制系统中。 - **单片机的引脚功能介绍**：单片机的不同引脚具有不同的功能，例如电源引脚、复位引脚、串行通信引脚等。 - **单片机中断系统介绍**：中断系统允许单片机在执行正常程序的同时响应外部事件，提高了系统的实时性和灵活性。 - **单片机定时/计数功能介绍**：定时/计数器是单片机的重要组成部分之一，可以用来实现精确的时间控制或对外部脉冲进行计数。 **3.4 其他器件的介绍** - **存储器的介绍**：本设计中使用的存储器主要用于存储程序代码和数据，以确保系统的稳定运行。 - **74LS74芯片的介绍**：74LS74是一款双D触发器芯片，可以用于实现脉冲信号的翻转和锁存等功能。 - **74LS244芯片的介绍**：74LS244是一种8位缓冲器/线路驱动器，用于提高信号的驱动能力。 **3.5 单片机外围电路的设计** - **时钟电路的设计**：时钟电路为单片机提供稳定的时钟信号，保证系统的正常运行。 - **复位电路的设计**：复位电路确保单片机在启动时处于预设的状态，避免异常工作。 - **显示电路的设计**：显示电路负责将单片机输出的数据转换为可见的信息，通常使用LED数码管实现。 - **报警电路的设计**：当电动车速度超过设定阈值时，报警电路会触发警报提示用户注意安全。 #### 四、电动自行车的速度里程表软件程序设计 **4.1 概述** 软件程序设计是整个项目的核心，负责数据采集、处理及显示等功能。 **4.2 电动自行车的速度里程表总体程序设计** - **初始化程序**：配置单片机的各种资源，如定时器、中断等。 - **数据处理子程序的设计**：对采集到的数据进行处理，计算出速度和里程。 - **显示子程序的设计**：将处理后的数据显示在LED数码管上。 **4.3 中断子程序的设计** - **外部中断0**：用于接收霍尔传感器产生的脉冲信号，每接收到一个脉冲，表示车轮转动了一圈。 - **定时中断**：定期更新速度和里程的显示信息。 **4.4 数据处理子程序的设计** 数据处理子程序负责将传感器产生的脉冲信号转换为实际的速度和里程信息。主要包括以下步骤： 1. **脉冲计数**：通过外部中断0计数，每转一圈增加一个脉冲。 2. **速度计算**：利用定时中断测量每转一圈所需的时间，结合脉冲计数，计算出瞬时速度。 3. **里程计算**：根据脉冲总数和车轮周长计算累计里程。 **4.5 显示子程序的设计** 显示子程序负责将计算好的速度和里程信息显示在LED数码管上。包括： 1. **显示切换**：通过按键切换显示内容，可以在速度和里程之间切换。 2. **显示刷新**：定期刷新显示内容，确保信息的及时更新。 #### 五、系统调试与分析 在完成硬件和软件设计之后，需要进行系统的调试和分析。这包括： - **硬件测试**：检查硬件电路是否按照设计要求正确连接，验证各组件的功能是否正常。 - **软件调试**：使用仿真软件进行软件逻辑的测试，确保程序能够正确执行各项功能。 - **综合测试**：将硬件和软件结合起来进行整体测试，确保系统稳定可靠。 #### 六、结论与展望 **6.1 结论** 本设计成功实现了基于89c51单片机的电动自行车里程速度表，通过霍尔传感器实时检测车轮转速，并利用单片机进行数据处理和显示。实验结果表明，该系统能够准确测量速度和里程信息，并且操作简便、易于维护。 **6.2 展望** 未来可以通过增加更多的功能来进一步完善此设计，如增加心率监测、GPS定位等功能，以满足不同用户的需求。同时，也可以考虑使用更先进的传感器技术来提高测量精度，比如使用磁编码器替代霍尔传感器，以实现更高的分辨率。 基于89c51单片机的电动车里程表设计是一个实用性强、性价比高的项目，具有良好的应用前景和发展潜力。